Стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/58 H02M3/335 

1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в устройствах электропитания автоматики и вычислительной техники.

Известны стабилизирующие преобразователи напряжения, в состав которых входят инвертирующая схема на транзисторах, работающая в двухтактном режиме, трансформатор с выходным выпрямителем, подключенный к выходу после него индуктивноемкост ный фильтр, и устройство управления и защиты .

Недостатками указанных преобразователей являются относительно низкий КПД, малая надежность, большие габариты, что объя сняется наличием в них дополнительных импульсных потерь мощности от сквознь11х токов и подмагничивания трансформатора, сложностью схемы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению явллется

стабилизирующий преобразователь пос тоянного напряжения, содержащий подключенные к раз.нопотенциальным входным зажимам два транзисторных ключевых элемента, трансформатор с выпрямителем, две диодные цепи и последовательно соединенные дроссель фильтра и конденсатор фильтра, к которому подключен блок управления и защиты ГЗ.

10

Недостатками этого преобразователя являются низкий КПД малая надежность, большие габариты.

Цель изобретения - повышение КПД, надежности, уменьшение габаритов.

5

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизирующем преобразователе напряжения, содержащем подключенные к разнопотенциальным входным зажимам два транзистор20ных ключевых элемента, трансформаторную цепь с основным выпрямителем, две диодные цепи, дроссель и конденсатор фильтра с подключенным к нему Плоком управления и защиты, транзисторные ключевые элементы соединены через дроссель фильтра между с.обой и через введенную среднюю точку дросселя - с входом трансформаторной цепи., причем два одноименных силовых вывода транзисторных ключевых элементов соединены между собой соответственно через две введенные диодные цепи, дополнительный вход трансфйрматорной цепи соединен через регулирующий блок с блоком управления и защиты, дополнительный выход трансформаторной цепи через дополнительный выпря митель соединен с основным выпрямите лем, и оба выпрямителя подключены к конденсатору фильтра. На фиг. 1 приведена структурная схема стабилизирующего преобразова1;е ЛЯ,постоянного напряжения; на фиг.2то же, упрощенный вариант. Стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения содержит подключенные к разнопот.енциальным входным зажимам 1 транзисторные ключе7 вые элементы 2 и 3, соединенные с ни ми диодные цепиД и 5, дроссель филь ра 6, средняя точка которого подключена к трансформаторной цепи с трансформаторами 7 и 8,соединенными с основным 9 и дополнительным 10 вып мителями. Выпрямители соединены с ко денсаагором фильтра 11 и блоком у,п равлёния и защиты 12, «подключенным к регулирующему блоку 13, в который вхрдят транзистор 1 и выпрямитель 15- Элементы 2 и 3 с конденсаторами 16 и 17 образуют полумостовую схему инверто эа. Выходное напряжение преобразователя снимается с конденса тора М через зажимы 18. Стабилизирукйций преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом. При поступлении питающего напряж ния на зажимы 1 (фиг. 1) одновремен но начинают поступать прямоугольные импульсы управления поочередно На эл менты 2 и 3, в результате чего nocV ледние поочередно переводятся в насы щенное или обесточенное состояние. Одновременно каждый из конденсаторов 1б и 17 заряжается примерно до половины питающего напряжения. В результате поочередной коммутации 9лементов 2 и 3 на первичш 1г4 рбмотках трансформаторов 7 и 8 образуется пе 64 ременное напряжение, которое после трансформации и в.ыпрямления выпрямителями 9 и 10 начинает заряжать конденсатор 11, причемскорость заряда последнего, а , следовательно, и амплитуда токов через элементы 2 и 3, 7-10 ограничивается дросселем 6. Величина выходного напряжения преобразователя (на конденсаторе 11) стабилизируется на заданном уровне с помощью цепи обратной связи из элементов 12-15. Если напряжение на зажимах 1 минимально по величине, , блок управления и защиты 12 воздействует на регулирующий блок 13 так, что его транзистор 1 удерживается в насыщенном состоянии. В результате трансформатор 8 замыкается накоротко через выпрямитель 15 и транзисTopjt, падение напряжения на его первичней обмотке и на входе выпрямителя 10 близко к нулю, и напряжение с выхода инвертора через трансформатор 7 и выпрямитель 9 поступает на выходные зажимы 18 и конденсатор 11. При максимальной величине напряжения на зажимах 1 блок 12 удерживает транзистор 14 в обесточенном состоянии. При этом ток через выпрямитель 15 не протекает , напряжение на выходнь1е зажимы 18 поступает через оба выпрямителя 9 и 10, причем выходное напряжение инвертора распределяется между первичными обмотками трансформаторов 7 и 8 пропорц1|онально их коэффициентам трансформации. Последние выбираются так, чтобы и в этом режиме работы напряжение на зажимах 18было равно первоначальному (заданному) значению. При промежуточных значениях напряжения на зажимах 1 с помощью блока 12 и 13 оказывается большее или меньшее шунтирующее воздействие на трансформатор 8, вследствие чего осуществляется перераспределение напряжений между трансформаторами 7 и 8, а нап-, ряжение на зажимах 18 поддерживается равным заданному значению. Транзистор 14 и блок 13 может работать в режиме непрерывного или широтмо-импульсного регулирования. Уменьшение переменной составляющей напряжения на зажимах 18, т.е. сглаживание пульсаций , достигается с помощью дросселя фильтра 6, поддерживающего постоянней по амплитудному знамению ток в цепях преобразовзтеля, и конденсатора фильтра 11. В дон-ных режимах работы токи через диод-ные цепи t и 5 не протекают. При случайном или при аварийном исчезновении импульсов управления элементаим 2 и 3 , или при отключении преобразователя , когда на обмотках дросселя 6 возникает полярность напряжения, открываются диодные цепи k и 5 и избыток электромагнитной энер гии дросселя 6 возвращается в источник питания (зажимы 1),что защищает элементы 2 и 3 от перенапряжений. П|эи возникновении в преобразователе режимов сквозных токов или пбдмагничивания трансформаторов дроссель 6 ограничивает ток через элементы 2 и 3, что защищает их от импульсных пе регрузок, повышает КПД и надежность преобразователя. При возникновении короткого замыкания в нагрузке преоб разователя ток короткого замыкания в начальный период времени ограничивается дросселем 6, что защищает элементы преобразователя от перегрузки. В последующем блок управления и защиты 12 аварийным сигналом осуществляет отключение элементов 2,3 и 13. При работе регулирующего блока 13 в режиме широтно-имульсного регулирования реализованный в данном преобразователе вольтодобавочный способ регулирования выходного напряжения (путем коммутации трансформатора 8, входящего I состав последовательной цепи трансформаторов 7 и 8) позволяет уменьшить габариты сглаживающего фильтра и преобразователя в целом, а также уменьшить амплитуду генерируемых коммутационных помех, а , следовательно,и габариты помехоподавляющих фильтров (не показаны) .

В данном преобразователе может 45.ыть использована также мостовая схе ма инвертора. В этом случае вместо последовательной цепи из конденсаторов 1б и 17 включается вторая цепь из двух транзисторных коммутирующих элементов, диодных цепейи дросселя со .средней точкой, аналогич ная цепи элементов 2-6, соединяемая и коммутируемая идентичным образом.

При использовании данного преобразователя для питания нагрузки, малой мощности, когда нецелесообразно использовать вольтодобавочный, спо- . соб регулирования, схема предложенного преобразователя может быть упрощена (фиг. 2). В данном варианте

283266

объединены между собой трансформаторы 7 и 8, выпрямители 9 и 10 (фиг. 1), а ункции регулирующего блока 13 выполняют транзисторные 5 коммутирующие элементы 2 и 3. Принцип работы преобразователя по фиг. 2 аналогичен предыдущему.

По сравнению с известным предло Q женный преобразователь имеет более высокий КПД, надежность и меньшие габариты, так как в нем включение дросселя фильтра (сравнительно большой индуктивности) в цепь транзисJ5 торных коммутирующих элементов позволяет эффективно защитить последние от импульсных перегрузок,в режимах сквозных токов и подмагничивания трансформаторов уменьшить амJ- плитуду коммутационных помех. Вольтодобавочный способ регулирования, осуществляемый путем последовательного включения трансформаторов в трансформаторной цепи, позволяет

25 уменьшить габариты Сглаживающего .

фильтра и коммутационные помехи. Подключение выходных выпрямителей непосредственно к конденсатору фильтра позволяет также повысить КПД и уменьшить коммутационные помехи, так

30 как при этом форсируется процесс запирания диодов выпрямителей При смене полярности напряжения на трансформато.pax.Меньшее количество элементов в преобразователе (фиг. 2) существенно

5 упрощает преобразователь.

Формула изобретения

Стабилизирующий прес1бразовательпостоянного напряжения, содержащий подключенные к разнопотенциальным входным зажимам два транзисторных ключевых элемента, трансформаторную

цепь с .основным выпрямителем, две ди-; одные цепи, дроссель и конденсатор фильтра с подключенным к нему бло ком управления и защиты, отличающийся тем, что, с целью умень

шения габаритов, повышения КПД и надежности , транзисторные ключевые элементы соединены через дроссель фильтра между собой и через введенную среднюю точку дросселя - с входом трансформаторной цепи, причем два одноименных силовых вывода транзисторных ключевыхэлементов -соединены между собой соответственно через две введенные диодные цепи, дополнитель